我們都知道，隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、汽車等行業(yè)的快速發(fā)展，這類產(chǎn)品的設計要求也逐步提高，而且更注重應用場景之廣、安全性能要求之高。

應用場景之廣能達到什么程度呢？上天、立地、入海無處不在。

安全性方面的要求只多不少，尤其是關于電磁干擾的方面，更是重中之重，必須盡量避免發(fā)生故障，杜絕麻煩的產(chǎn)生。

有不少電子產(chǎn)品生產(chǎn)商對電磁兼容的印象，還停留在猶如“一紙大學文憑”上，即通過EMC認證就好。然而，如今的電磁兼容設計已經(jīng)成為系統(tǒng)質量可靠性的重要組成部分。

如果一個產(chǎn)品的系統(tǒng)內(nèi)部的電磁兼容都無法做好，那么在投入量產(chǎn)之后，這種產(chǎn)品會給社會、商家、個人等造成的影響和后果，有時候完全超出了我們個人的想象。

相信大家都聽說過，有些產(chǎn)品在雷雨季節(jié)時運行，經(jīng)常會有大量部件損壞；還有一些產(chǎn)品，在實驗調(diào)試階段，每一樣指標、性能都完美適配，但到了客戶手里卻小毛病不斷。

這種種的背后，都是產(chǎn)品質量可靠性出了問題。而這些問題當中，有相當一部分都屬于電磁兼容性方面，所以，電磁兼容設計已經(jīng)成為不少企業(yè)的一大挑戰(zhàn)了。

也正是基于以上的緣由，所以今天晚上想跟大家分享一下電磁兼容設計的內(nèi)容，打算從兩個部分講解。

第一個部分就是簡單的介紹一下電磁兼容性的案例背景。

第二個部分是重點部分，通過兩個案例的分享，來延伸出一些電磁兼容的常見理念，且系統(tǒng)地講解這些理念和理論。因為這些理念和理論可以解決我們平常設計工作中的一些困惑。也是在后續(xù)產(chǎn)品設計中需要重點關注的一些要素。

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案例講解背景

首先，為何采用案例來講解呢？

為了幫助大家能夠更好地理解和掌握電磁兼容的理念，我們采用了案例的形式。從實際案例來然后上升到理論的分析，這樣能讓大家更加的感知到理念，理論。以實踐的結合，自己對電磁兼容理論的理解也會更加深厚，然后在工作中應用，才能真正的起到作用。這就是“為您所知，只為您所用，為你所有”。

這就是本次課程分享，我個人希望能夠幫助大家達到的目標，也是本次交流主題的背景。

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案例分析

接下來我們著重講解一下實際操作中的案例。

第一個案例：增大時鐘串阻抑制輻射

案例描述：某交換機產(chǎn)品，采用金屬外殼，用非屏蔽網(wǎng)線測試，結果出現(xiàn)不滿足實驗室不確定度4dB要求，故還需要通過優(yōu)化降低輻射。

圖一

4dB要求的意思就是產(chǎn)品在A實驗室通過了測試，假如沒有4dB裕量的話，那產(chǎn)品在在B實驗室可能就會出現(xiàn)了超標；這其實是與結構設計和信號質量測試都是有個公差裕度的要求是一個道理，所以必須繼續(xù)進行優(yōu)化。

問題分析：輻射究竟從哪里來呢？其實我們從圖一中可以看到。

如果是有經(jīng)驗的電磁兼容設計工程師或者是測試工程師的，就能夠快速發(fā)現(xiàn)這個頻率點的輻射可能不是從機箱內(nèi)部的PC版直接輻射出來的，因為這個案例中的交換機采用的是是屏蔽外殼，不是非金屬的外殼。

為何說不太可能是從系統(tǒng)內(nèi)部直接輻射出來呢？

因為圖中1G頻率點對應的波長，是30公分，那125M對應的是多少呢？那就2.4米?？紤]到1/4波長，那就有60公分。60公分的縫隙，在這款交換機上來說，是幾乎沒有的。所以呢，要想直接從機箱輻射出來了，是比較困難的。

一般而言，30MHz到300MHz，大多數(shù)屬于電纜帶出來的，例如電源線、VGA線纜，USB線等等，當然也不是說高頻就沒有電纜的問題。電纜如果帶了低頻，那么高頻有些也會帶啊，因此需要具體產(chǎn)品具體分析。這是可以作為一個業(yè)界經(jīng)驗分享給大家的，希望大家在后續(xù)定位的時候能夠輕松想到。

問題定位：接下來繼續(xù)講一下這個案例定位的過程。

圖二

第一步將所有端口的網(wǎng)線去掉，測試的結果是符合要求的。

第二步我們就再回去審查一下原理圖，從原理圖設計、PCB板設計以及測試PHY芯片的輸入時鐘信號，并通過采用近場探頭進行觀察發(fā)現(xiàn)，PHY芯片的驅動輸入時鐘驅動能力夠強且輻射很大。

因此考慮在滿足PHY輸入時鐘信號質量的情況下，找開發(fā)人員進行溝通與確定，對輸入時鐘串阻進行調(diào)整，從而降低驅動能力。串阻由33歐姆調(diào)到51歐姆，抑制輻射獲得更好的效果。

圖三

在調(diào)整串阻的過程中發(fā)現(xiàn)并需要強調(diào)的一點是：在圖三中，串阻值大小的不同，影響了信號的邊沿上升時間，串阻越大邊緣越緩。同時，串阻變大，電流也會隨之而減小，從而實現(xiàn)輻射能量的降低。

解決措施與結論：

最后，本案例的結論是什么呢？是怎么解決問題的？讓我們繼續(xù)往下看。

圖四

根據(jù)前面的圖三中我們可以看到，調(diào)整這個時鐘驅動串阻可以達到降低驅動能力。

由于時鐘信號驅動能力強上升沿陡，會產(chǎn)生高次諧波的輻射。在滿足信號質量的情況下，可以考慮適當增大時鐘驅動器的輸出電阻來抑制輻射。

說到這里大家可能也會有疑問，為什么偏偏選擇51歐姆。原則上來講，47歐姆也是可以滿足要求的，大家可以在自己遇到這個問題的時候，可以嘗試用47歐姆的電阻來試試。

由此我們得出結論是，如果我們選擇時鐘速率過快，遠遠超過了系統(tǒng)所需要的，那么電磁兼容的裕量就有可能會因過快的邊沿速率而被吃掉，即引發(fā)輻射超標。所以呢，在產(chǎn)品開發(fā)的過程中，需要關注的是在滿足信號質量需求的同時還需要關注EMC設計要求，即綜合平衡才是最重要的。

或許有些人想要選擇不調(diào)串阻、采用屏蔽電纜進行測試，這也不失為一種解決方式，但是在一定程度上會使產(chǎn)品在商用的可應用性受到約束，因為你在實際應用中只能使用屏蔽線而放棄使用非屏蔽線。在這種只能選擇屏蔽的情況下，就會降低客戶體驗。

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案例延伸理念與理論

從這個案例延伸中，我們還可以延伸一個問題。

圖五

圖六

如圖五所示，125MHz二次諧波為250MHz，四次諧波為500MHz。而理想方波原理上只有只有基波和奇次諧波， 那么為什么這里會出現(xiàn)偶次諧波呢？

首先，我們一起看看理想的標準方波是怎么構成的？

理想的方波是由正弦波的基波和所有的奇次諧波組合而成，如下圖七所示。三次諧波疊加之后的邊緣會慢慢變陡，從圖七左下方公式也發(fā)現(xiàn)結果也一定是奇數(shù)。

圖七

而它們對應的頻域又是什么樣子的呢？

眾所周知，正弦波就是一個頻率，在頻譜上也只有一根基頻。而理想的方波呢？占空比為50%，而且同時上升沿和下降沿也要求相等，我們從下圖八的頻譜、公式來看，都沒有偶次諧波。

圖八

那么為什么會出現(xiàn)偶次諧波呢？因為使用了非標準的方波信號，脈沖信號。

圖九

在上圖九中可以發(fā)現(xiàn)，無論是頻譜或者公式都可以計算出偶次諧波，占空比不為50%的脈沖信號就含有偶次諧波。在這里就不再詳細展開敘述，只是作為大家在實踐過程中的基礎知識儲備，僅供了解。